第3讲 浮力教师版

3浮浮力力漫画释义知识互联网知识导航浮力的应用轮船潜水艇热气球孔明灯浮在液体(或气体)中的物体, 受到液体(或气体)对它向上托的力, 这个力叫 做浮力浮力方向总是竖直向上初二物理竞赛班第 3 讲教师版35松手后受力松手后物体状态密度关系稳态后稳态后受力F浮 G物上浮液 物漂浮F浮 = G物F浮 = G物悬浮液 = 物悬浮F浮 = G物F浮 G物下沉液 F向下浮力产生的原因：液体(或气体)对物体向上或向下的压力不同, 浮力的实质是液体(或气体)对物体向上和向下的压力之差 F浮 = F向上 - F向下阿基米德原理： F浮 = G排液阿基米德原 理由上式可以推出： F浮 = 液 gV排(补充说明：阿基米德原理同样适用于气体)1. 产生原因法： F浮 = F向上 - F向下解决浮力问2. 阿基米德原理： F浮 = G排液题常用的方3. 公式法： F浮 = 液 gV排法3. 受力平衡法：受力分析, 列力的平衡方程浸在液体中物体的沉浮, 决定于它浸没在液体中所受的浮力 F浮 和它自身重力G 的大小关系物体的沉浮条件模块一浮力的产生及影响因素【例1】 一个正方体金属块用细线拴着浸没在密度为 r0 的液体中, 已知 正方体边长为 a, 此时上表面距液面的距离为 h1, 下表面距容 器底的距离为 h2. 求液体对它向上的压力大小为 ; 液体对它向下的压力大小为 ; 液体对金属块的合力 大小为 , 方向向 .初二物理竞赛班第 3 讲教师版390101【答案】 r g(h + a)a2 ;r gh a2 ;r ga3 ; 上0【例2】 关于浮力下列说法中正确的是()A. 浮力就是浸在液体中的物体受力的合力, 合力的方向就是浮力的方向; B. 浸在液体和气体中的物体都要受浮力;C. 水中的桥墩同样受水的浮力;D. 浸在液体中的物体不仅受到液体对其上、下表面压力的作用, 同时受到液体对它的浮 力作用.【答案】B【例3】如图所示是认识浮力的探究实验(1)将物体悬挂在弹簧测力计下端, 如(a)实验所示, 物重 G= N (2)当用手向上托物体时, 如(b)实验所示, 手对物体向上的托力 F= N (3)当物体浸入水后, 如(c)实验所示将(c)实验与(a)、(b)实验对照, 说明水对物体也有 向上的托力, 即浮力水对物体的浮力 F 浮= N(4)该实验是通过 的物理方法, 建立起浮力概念的【答案】532对比法【例4】 如图所示, 研究浮力与排开液体的体积有关的实验装置是下图中的()A图(a)和图(b)B图(a)和图(c)C图(b)和图(c) D图(a)、(b)和图(c)【答案】A【例5】 某同学在实验室里探究“影响浮力大小的因素”的实验, 如图是其中的一次实验情景根 据图示可以知道, 该同学这次操作的目的是()A探究物体所受浮力大小与其浸入深度的关系 B说明物体所受浮力的大小跟排开液体的体积大小有关 C探究物体所受浮力大小与液体密度的关系 D探究物体所受浮力大小与物体密度的关系【答案】C【例6】 为在海洋中开采石油而建造钻井平台时, 必须向海底打入 铁桩铁桩垂直从水面上逐渐下水直至全部进入水下紧密的 泥土中, 在整个过程中铁桩所受的浮力( )A逐渐增大B先逐渐增大, 后保持不变C保持不变D先逐渐增大, 后减小到零【答案】按题意, 铁桩从下水到全部进入泥土中可分为两个阶段：(1)下水阶段：当铁桩从水面上逐渐进入水中时, 由于没入水中的体积越来越大, 因而所 受到的浮力也越来越大(2)进入泥土阶段：当铁桩逐渐进入水下泥土中时, 因为铁桩和泥土紧密接触, 铁桩下部 没有水, 浮力突然减小到零答案：D【例7】 研究发现, 同一物体在地球的不同纬度所受的重力不同, 物体 越靠近赤道, 所受重力越小; 越靠近地球两极, 所受重力越 大一艘军舰从我国青岛港出发, 前往位于赤道附近的亚丁湾 执行护航任务, 若海水密度及舰艇质量不变, 比较两地, 则该 舰艇( )A在亚丁湾所受浮力较小B在亚丁湾所受浮力较大 C在两处所受浮力相等D在亚丁湾所排开海水的重力较大【答案】A拓展：同一艘船从河里驶向海里(不考虑重力变化), 则船所受浮力不变, V 排变小. 船 上的水位线发生变化.潜水艇露出水面的过程, 浮力变小【例8】 如图, 气球 A 下吊着一个金属球 B, 恰好悬浮于水中现沿杯壁往容器中 加入一定质量的水, 结果金属球 B()A上浮B下沉C悬浮D以上均不对【答案】气球和小球 B 作为整体, 原来处于悬浮状态 , 故受到的总浮力等于总重量 , 即 F浮悬 = G总 向杯中加水后, 气球 A 处的深度变大, 受到压强增大, 导致气球的体积减小, 浮力变小, 而总重力不变, 故 F浮 G总 , 因此金属球会下沉本题选 B拓展：一石块和玩具气球(气球内充有空气)捆在一起, 浸没在水中下沉, 它们在水中 下沉的过程中, 受到的浮力将(逐渐减小).教师补充题目:实验桌上有如下器材：弹簧测力计、量筒、烧杯各一个; 水、盐水、细线适量; 一大块 橡皮泥; 体积相同的铜块和铁块各一块; 体积不同的铁块各一块要求从实验桌上选择 适当器材, 设计一个方案, 探究“浮力的大小与物体密度是否有关”(1)从给定的器材中选择弹簧测力计、烧杯一个、水、细线, 除此之外, 你还需要实验器 材有 (2)实验步骤：(3)根据可能出现的实验现象, 得出相应的探究结论： 【答案】(1)体积相同的铜块和铁块(2)用线拴好铜块挂在弹簧测力计下, 测出铜块的重 G1; 将铜块浸没水中, 读出弹簧 测力计的示数 F1, 求出铜块受到的浮力 F 浮 1G1F1重复步骤, 用弹簧测力计测出铁块浸没在水中受到的浮力 F 浮 2G2F2(3)比较 F 浮 1 与 F 浮 2 的大小：如果相等, 则浮力与物体密度无关; 若不等, 则浮力与物体 密度有关模块二受力分析法计算【例9】 小笛同学只有弹簧测力计和装有水的杯子以及细线, 想测定一个金属块的体积, 她设计 了如下实验(A)(B). 请根据两次实验的数据计算：(g 取 10N/kg)(1) 金属块完全浸没水中时所受到的浮力为 N ;(2) 金属块的体积为 cm3.(3) 小笛又思考了一下, 这个实验还可以测出此金属块的密度, 请你帮她计算出此金属 块的密度为 kg/m3.【答案】0.22011103【例10】受到小笛的启发, 小婧怡同学为了测定某种液体密度, 在只有弹簧测力计、烧杯、水的 情况下, 设计了以下实验. 请你根据三次弹簧测力计的示数及已知的水的密度 水 , 计 算出这种液体的密度为 【答案】水F - F1= 水 gVF - F2= 液 gV两式相除, 得到 液= F - F2 F - F1模块三浮沉条件及排液问题【例11】请你根据浸没在液体中的物体受到的浮力与重力的大小关系, 推导物体漂浮、悬浮、沉 底的条件.(1) 若 F 浮G, 则松手后物块将 , 稳定后的状态为 ;根据 F 浮G, 则松手后物块将 , 稳定后的状态为 ; 根据 F 浮G, 推导出 物 液.【答案】(1) 下沉, 沉底, (2) 静止, 悬浮, =(3) 上浮, 漂浮, 【例12】(1)若将甲、乙、丙三个体积相等的球, 投入水中后, 状态如下图所示. 则: 甲、乙、丙三个球密度大小排序 甲、乙、丙三个球质量大小排序 三个球所受浮力大小排序 (2)若将甲、乙、丙三个质量相等的球, 投入水中后, 甲球漂浮、乙球悬浮、丙球沉底. 则: 甲、乙、丙三个球所受浮力大小排序 三个球体积大小排序 初二物理竞赛班第 3 讲教师版45【答案】(1)由浮沉条件：甲 乙 丙 , m甲 m乙 m丙 ; 由阿基米德原理：F甲 F丙 ; 由阿基米德原理：V甲 V乙 V丙【例13】一只小青蛙第一次跳入装有甲液体的杯中, 沉到杯底; 第二次这只小青蛙跳到另一杯乙 液体中, 处于漂浮状态, 则小青蛙两次所受浮力大小关系为()A. F浮甲 F浮乙 B. F浮甲 = F浮乙 C. F浮甲 G排液= F浮【例16】( 已 知 :r = 0.6 103 kg/ m3 ,r= 0.8103 kg/ m3, r = 7.9 103 kg/ m3 ,木酒精铁水银r= 13.6 103 kg/ m3 )将一木块投入到一装满水的容器中, 溢出10 g 水; 若将此木块投入 到装满酒精的容器中, 溢出 g 酒精.将一铁块投入到一装满水的容器中, 溢出10 g 水; 若将此铁块投入 到装满酒精的容器中, 溢出 g 酒精.将一铁块投入到一装满水的容器中, 溢出10 g 水; 若将此铁块投入到装满水银的容器 中, 溢出 g 水银.【答案】10; 8; 79【例17】在实施“国家 863”计划中, 某材料科学家研制出一种高分子聚合材料, 它的某些性能优 于制造飞机的铝合金, 应用前景十分广阔. 它的密度介于酒精和水之间, 取一小块这种 材料的样品放入盛满水的烧杯中, 静止后溢出了 90g 水, 将其放入盛满酒精的烧杯中, 静止后溢出了 80g 酒精, 已知酒精的密度为 0.8g/cm3, 则可计算出这种材料的密度是 ( )A0.8g/cm3B0.85g/cm3C0.9g/cm3D0.95g/cm3【答案】C模块四浮力变化量问题 F 浮=gV 排【例18】把木块放在水中时, 露出部分为木块体积的 1 , 将物体 A 放在木块上, 木块露出水面的2体积为 1 , 拿掉物体 A, 把物体 B 放在木块上, 木块露出水面的体积为 1 若物体 A 的34B3:2C1:3D3:1体积是物体 B 体积的 2 倍, 物体 A、B 的密度之比是() A2:3【答案】C露 思 考 题 ： 木 块 的 V = 200cm3 , 需用多大的力才能将其压入水中 ?( g = 10 N/ kg )排“可以推出 1N 浮力对应100cm3 的V ”已知绳子拉力为 T, 剪断绳子后木球露出水面的体积为多少? 解析： T = r水 gV露【例19】科技小组的同学想利用学到的浮力知识制作一个浮力秤. 他们找来一个瓶身为柱状体 的空饮料瓶, 剪掉瓶底, 旋紧瓶盖, 在瓶盖系上一块质量适当的石块, 然后将其倒置在 水桶里, 如图所示. 使用时, 只要把被测物体投入瓶中, 从水面所 对的刻度就可以直接读出被测物体的质量.1在这里石块的作用是什么?试应用所学物理知识分析其中的道理.2这种浮力秤的质量刻度是均匀的吗? 为什么?3经测量, 该饮料瓶圆柱状部分的直径为 8.0cm, 当浮力秤中不放 被测物体时, 水面所对位置为零刻度(如图所示). 请根据图中标明 的长度值, 通过计算, 在 1、2、3、4 各刻度线右侧给浮力秤标明对 应的质量值. ( 取 3.1, 最后结果只保留整数)【答案】1.石块的作用是使浮力秤能够竖直地漂浮在水中. 石块受到的重力远大于空饮料瓶受到的重力, 所以浮力秤的重心 较低, 并低于浮力的作用点, 如图所示, 当浮力等于重力时, 浮力 秤将竖直漂浮在水中. (如果没有石块, 整套装置的重心将会高于浮 力的作用点, 在浮力和重力的作用下, 浮力秤容易歪倒, 难以竖直 漂浮在水中. )2. 质量的刻度是均匀的.设被测物体的质量为 m , 饮料瓶圆柱状部分的半径为 r , 在浮力秤中放入被测物体后, 瓶身浸入的深度增加值为 h , 则：浮力秤再次漂浮时, 增大的浮力等于增大的重力： F浮 = G即： r水gr2h = mg可得： h =m水r r2因为 r水 、 、 r 为定值, 所以 h 与 m 成正比, 该浮力秤质量的刻度 是均匀的.3. 因为 h =m水r r2, 所以 m = r水r2h水其中 r = 1.0 103 kg/ m3 ,r = 4.0cm ,h1 = 1cm ,h2 = 2cm ,h3 = 3cm , h4 = 4cm .带入以上数据, 可得对应 1、2、3、4 各刻度线的质量值应标记为 50g、 100g、150g、200g, 如图所示.模块五思考题【例20】下列关于 5N 的水能产生浮力大小的说法正确的是() A一定小于 5NB一定等于 5NC一定不大于 5ND可以大于 5N【答案】D提示：虽然物体受到的浮力大小等于排开液体的重力, 排开液体的重力跟液体自身 的重力没有必然关系, 所以水能产生的浮力大小跟其自身的重力没有必然关系【例21】开动脑筋设计实验(1) 请你设计一个实验, 利用一架天平(含砝码)、一个装有适量水的烧杯来测定你整个 食指的体积.(2)请你设计一个实验, 利用一架天平(含砝码)、一个装有适量水的烧杯来测定你食指中 间一节的体积.(3)请你设计一个实验, 利用一架天平(含砝码)和一个量筒、水、细线, 测量一个小石块 的密度.【答案】(1)把装有适量水的烧杯置于托盘天平左盘, 称量出烧杯和杯中水的总质量 m1, 将整 个食指浸没在水中, 且不触底, 称量出总质量 m2, 则食指中间一节的体积mm - mV =排 = 21r水r水(2)把装有适量水的烧杯置于托盘天平左盘, 称量出烧杯和杯中水的总质量 m1, 将第 一节食指浸没在水中, 且不触底, 称量出总质量 m2, 继续将第二节食指也浸没在 水中, 且不触底, 称量出总质量 m3, 则整个食指的体积mm - mV =排 = 32r水r水(3)用天平称量出石块质量为 m, 向量筒内加入体积为 V1 的水, 用细线栓着石块, 将 石块浸没在水中, 测出水和石块总体积 V2, 则小石块的密度为石r =m V2 - V1【练1】 下列说法中正确的是() A物体浸没在水中越深, 受的浮力越大 B密度较大的物体在水中受的浮力大 C重的物体受的浮力小 D同体积的铁块和木块浸没在水中受的浮力一样大【答案】D【练2】 通常在煮饺子时, 将包好的饺子放入沸水中：(1)饺子将沉在锅底, 这是为什么? (2)待水 沸腾后, 饺子逐一浮出水面, 这是为什么? (3)煮一会儿后, 往往需要向锅中加入少许凉 水, 这又是为什么?【答案】(1)由于生饺子密度大于水(或者说所受的浮力小于重力), 所以下沉; (2)由于熟饺子的体积增大, 密度减小, 密度小于水(或者说排开水的体积增大, 饺子受 到的浮力大于重力), 故上浮;(3)加少许凉水的目的是使饺子内的气体液化, 体积变小, 饺子的平均密度变大, 沉下去, 更好受热【练3】如图所示为我国古代船工打捞深水中重物(铁牛)的示意图船工先将绳索的 一端捆牢铁牛, 另一端捆在两木船间的大木头上, 使绳索绷紧, 然后将船上的沙土逐渐 抛人水中从船工开始抛沙土到铁牛即将离开河床的过程中(假设水面的升降忽略不 计铁牛位置不变, 绳索不可伸长）以下物理量, 始终不发生变化的是()A铁牛和船(包括船上的人、木头及剩余的沙土)受到的 总重力B船(包括船上的人、木头及剩余的沙土)受到的浮力 C绳索对铁牛的拉力D铁牛对河床的压强【答案】B初二物理竞赛班第 3 讲教师版47【练4】 某地质勘探队将设备装在木筏上渡河, 若不载货物, 人和木筏共重为 G , 木筏露出水面 的体积是木筏总体积的1 / 3 , 则此木筏的载货重至多为 【答案】 0.5G利用 DF浮 = r液 gDV排【练5】将适量的橡皮泥黏在铅笔的一端(能使铅笔竖直浮在液体中), 这就制成了一 个很有用的土仪器将它分别放在盛有不同液体杯中, 静止时的情景如图所示对于这 个土仪器所运用的知识或用途, 下列说法不正确的是( )A运用了二力平衡的知识 B运用了物体的漂浮条件 C用它可以比较不同液体密度的大小 D用它直接可以测出液体密度的大小【答案】D酒【练6